Лекция 3. Гидроксисоединения. Карбонильные соединения презентация

Гидроксисоединения
Гидроксисоединения – это вещества, которые в своем составе содержат OH-группы. К ним относят спирты, фенолы, нафтолы и др. вещества.

Спирты – это гидроксисоединения, в молекулах которых OH-группы связаны с насыщенным атомом углерода, находящимся в состоянии sp-гибридизации.
Спирты
Общая формула R-OH.
3

Строение спиртов
Две конформации этанола в кристаллическом состоянии

Спирты
Классификация спиртов
I. По числу OH-групп различают:
a) одноатомные спирты
этанол (используется как антисептическое средство и растворитель)
бензиловый спирт (используется для приготовления препаратов, используемых при лечении кожных и инфекционных заболеваниях)

Спирты
b) многоатомные спирты (содержат 2 и более гидроксильные группы)
Глицерин (является структурным
компонентом липидов)
Диольный
фрагмент
CH2 - OH
CH - OH
HO - CH
CH - OH
CH2 - OH
CH -OH
Сорбит (используется в
качестве
заменителя сахара)

Спирты
Инозит (является структурным
компонентом мозгового вещества)

Спирты
II. В зависимости от характера углеродного звена, с которым соединена OH-группа различают a) первичные спирты
b) вторичные спирты
с) третичные спирты
бутанол-1
бутанол-2
2-метилпропанол-2

Номенклатура спиртов

Физические свойства спиртов
Низшие члены гомологического ряда спиртов являются жидкостями и, начиная с C12, одноатомные спирты становятся твёрдыми телами.
Молекулы спиртов образуют водородные связи между собой и с молекулами воды.

Спирты
Гидроксигруппа является сильно полярной группой, поэтому низшие спирты растворяются в воде неограниченно: метанол, этанол, пропанол смешиваются с водой во всех отношениях.
С увеличением количества атомов углерода спирты всё более начинают напоминать углеводороды.
Растворимость амилового спирта (пентанола-1) – 2,7 г/ 100 мл, растворимость октанола-1 – 0,059 г/ 100 мл.

Спирты
Метиловый спирт считается самым ядовитым
спиртом. Прием внутрь
вызывает слепоту или смерть.
НЕ ПЕЙ
МЕТИЛОВЫЙ
СПИРТ

Общее действие этанола характеризуется угнетением функции ЦНС, а возникающие на начальных этапах эйфория и возбуждение являются признаками ослабления тормозных механизмов ЦНС.
Спирты

Злоупотребление этанолом ведёт к развитию алкоголизма, деградации личности, психическим расстройствам и соматическим заболеваниям.
Спирты

Химические свойства спиртов
1. Кислотные свойства:
Этоксид натрия

Спирты
2. Реакции окисления: внутри организма (in vivo) эти реакции протекают с участием ферментов дегидрогеназ.
Н О
СН3 – СН2 – С – ОН СН3 – СН2 – С + НАДН + Н+
Н пропаналь Н
пропанол -1
НАД+
СН3 – СН – СН3 СН3 – С – СН3 + НАДН + Н+
ОН О
пропанол-2 пропанон
НАД+
Окисление первичных и вторичных спиртов:
а)
б)
При окислении первичных спиртов образуются альдегиды, вторичных – кетоны.

Спирты
3. Реакции нуклеофильного замещения (SN):
СН3 – СН2 – ОН + НCl СН3 - СН2 – Сl + Н2О
этанол хлорэтан

Спирты
4. Реакции дегидратации:
При межмолекулярной дегидратации
образуются простые эфиры, при внутримолекулярной – алкены.
бутанол-2 бутен-2
этанол диэтиловый эфир

Спирты
уксусная кислота этанол этилацетат
5.Реакция этерификации:

Спирты
6. Реакция хелатообразования:
Многоатомные спирты, проявляя более выраженные кислотные свойства по сравнению с одноатомными спиртами при взаимодействии с Сu(ОН)2 в щелочной среде образуют растворимый хелатный комплекс ярко синего цвета.
Данная реакция используется для качественного обнаружения многоатомных спиртов.
В реакцию при этом вступает α-диольный фрагмент.

Спирты
CH2 - OH
CH - OH
CH2 - OH
Cu(ОН)2
+2ОН-
-4Н2О
CH2 - O О – СН2
CH - O Cu О – СН
CH2 - OH НО – СН2
2-
+
2
Анионный хелатный комплекс глицерат меди (II)
Раствор синего цвета

Фенолы
По количеству OH-групп различают:
фенол
a) Одноатомные фенолы
Фенолы – гидроксисоединения, в молекулах которых OH-группы непосредственно связаны с атомами углерода бензольного кольца.

Фенолы
пирокатехин резорцин гидрохинон пирогаллол
b) многоатомные фенолы

Физические свойства фенола
Фенол- кристаллическое вещество, антисептик.

Фенол - сильное дезинфицирующее средство; применяется для обезвреживания ран, в процессе лечения воспалительных заболеваний полости рта, горла и уха, а также как консервант для инъекционных растворов.
Применение фенолов в стоматологии
Препараты на основе фенола

Применение фенолов в стоматологии
Препараты на основе пара-хлофенола

Применение фенолов в стоматологии
Препараты на основе производных фенола

Зуб, леченый резорцин-формалином. Характерная особенность – красноватый оттенок зуба.
Зуб становится хрупким, начинает крошиться. И, самое печальное, "резорцин-формалиновые" зубы, как правило, невозможно использовать в качестве опоры для протеза.
Из-за токсичного действия резорцин-формалиновой смеси постепенно атрофируется десна, оголяя корни зуба. Итог - в 75 % случаев требуется повторное вмешательство.
Применение фенолов в стоматологии
Резорцин-формалиновый метод пломбирования корневого канала

Химические свойства фенолов
1. Кислотные свойства:
фенол фенолят натрия

Фенолы
2. Реакции электрофильного замещения (SE):
а)
б)
фенол
пикриновая кислота
фенол
2, 4, 6 -трибромфенол

Фенолы
3. Окисление фенолов:
гидрохинон
хинон

Карбонильные соединения
карбонильная группа
оксогруппа
кетогруппа
Карбонильные соединения - соединения, содержащие карбонильную группу:

Электронное строение карбонильной группы
Атом углерода находится в состоянии sp -гибридизации.
Гибридные орбитали располагаются в одной плоскости,
валентный угол составляет 120°.
2

P орбиталь
Электронное строение карбонильной группы

Атом углерода соединен с атомом кислорода двумя
ковалентными связями (σ- и π-связи).
P орбиталь
Электронное строение карбонильной группы

P орбиталь
Орбитали перекрываются
Электронное строение карбонильной группы

P орбиталь
орбитали перекрываются
новая орбиталь
Электронное строение карбонильной группы

π-связь сильно поляризована, её электронная плотность смещена к
более элекроотрицательному элементу кислороду, на котором
возникает частичный отрицательный заряд. На атоме углерода при
этом наблюдается недостаток электронной плотности.
P орбиталь
орбитали перекрываются
Новая орбиталь
Электронное строение карбонильной группы

Электронное строение карбонильной группы

Альдегиды и кетоны
В зависимости от характера связанных с карбонильной группой заместителей карбонильные соединения делятся на альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты и их функциональные производные:
кетон
альдегид
карбоновая кислота сложный эфир ацилгалогенид амид

O 1
R CH C
H H (R)
3 2
1 – n основный центр
2 – электрофильный центр
3 – α-CH-кислотный центр
δ+
α
В молекулах альдегидов и кетонов выделяют следующие реакционные центры:
Классификация. Номенклатура. Реакционные центры
δ-

Отдельные представители альдегидов
O
a) Предельные альдегиды CnH2n + 1C
O H
H C
H
формальдегид (метаналь)
Газ с резким неприятным запахом,
ПДК 0,05 мг/м
3

Формальдегид
Формалин – раствор, содержащий 40% формальдегида, 8% метанола, 52 % воды. Используется для бальзамирования и консервации биологических объектов

Предельные альдегиды
O
C C
H
ацетальдегид (этаналь)
пропионовый альдегид
(пропаналь)
H3
H3 C CH2 C
H
O
Запах яблок

Альдегиды и кетоны
O
H3C CH2 CH2 C
H
O
H3C CH2 CH2 CH2 C
H
O
H3C CH2 CH2 CH2 CH2 C
H
масляный альдегид
(бутаналь)
валериановый
альдегид
(пентаналь)
капроновый альдегид
(гексаналь)

Н
Непредельные альдегиды: акролеин
Н

Акролеин
Н

Акролеин
Н

Акролеин
Н

Альдегиды и кетоны
O
H3C CH CH C
H
кротоновый
альдегид

Альдегиды и кетоны
бензальдегид
Ароматические альдегиды

Отдельные представители кетонов
пропанон (диметилкетон)
бутанон (метилэтилкетон)
пентанон-2 (метилпропилкетон)
пентанон-3 (диэтилкетон)
бутенон (метилвинилкетон)

Физические свойства альдегидов и кетонов
Низшие альдегиды – газы с резким запахом. Низшие кетоны являются подвижными жидкостями с освежающим запахом.
Низшие кетоны и альдегиды смешиваются и с водой, и с органическими гидрофобными растворителями.
С увеличением углеводородной цепи растворимость в воде уменьшается.

Применение альдегидов в стоматологии
Глутаровый альдегид
входит в состав дезинфицирующие средств стоматологических оттисков, зубопротезных заготовок, артикуляторов.
СH2
СH2
СH2
СH2
С
H
H
O

Нуклеофильное присоединение
Окисление и
восстановление
Замещение атома водорода при α-углероде
Химические свойства

Химические свойства
1.Реакции нуклеофильного присоединения (AN).
Механизм:
1)
2)

Химические свойства
Механизм:

Присоединение спиртов (реакция ацетализации):
Химические свойства
Ацеталь
Полуацеталь

Химические свойства
Пример:
В избытке спирта полуацетали превращаются в ацетали:

Альдегиды и кетоны
2. Окисление альдегидов:
O
а) H3C C + 2 Cu(OH)2
H O
H3C C + 2CuOH + H2O
OH
Cu2O H2O
ацетальдегид
уксусная кислота
t0
кирпично-
красный
осадок

Альдегиды и кетоны
ацетальдегид уксусная кислота
б) Реакция «серебряного зеркала»:

Общая схема альдольной конденсации:
3. Альдольная и кротоновая конденсация
Под влиянием основных катализаторов альдегиды реагируют с образованием продуктов, имеющих удвоенную молекулярную массу по сравнению с исходной молекулой. В организме реакции конденсации происходят в присутствии ферментов альдолаз.
Некоторые кетоны тоже способны к этой реакции, только в более жестких условиях.
Альдольная конденсация протекает по механизму AN.
Альдегиды и кетоны

Альдольная и кротоновая конденсация
Пример:

Шарль-Адольф Вюртц
(1817 – 1884)
Александр Порфирьевич Бородин
(1833 —1887)
Альдольная конденсация была открыта практически одновременно в 1872 году французским химиком Ш.А. Вюрцем и русским химиком и композитором А.П. Бородиным.

А. П. Бородин. Портрет работы
Ильи Репина (1888)
А.П. Бородин открыл реакцию Бородина-Хунсдикера, впервые получил фторорганическое соединение — фтористый бензоил,
открыл альдольную конденсацию.
А.П. Бородин считается также одним из основателей классических жанров симфонии и квартета в России. Написал 4 оперы (самая известная - “Князь Игорь”), 3 симфонии (самая известная - Симфония № 2, h-moll «Богатырская»), произведения для камерно-инструментальных ансамблей (самый известный струнный квартет – квартет № 2), для фортепиано, романсы и т.д.